Correntes Limpas: revolucionando operações submarinas com energia das ondas

Um empreendimento colaborativo traz energia renovável das ondas, armazenamento flexível de energia e desenvolvimento tecnológico em uma jornada eletrizante até o fundo do mar. 

Em agosto de 2023, uma aliança de empresas de tecnologia celebrou os primeiros quatro meses de fornecimento contínuo de energia renovável aos sistemas submarinos de comunicação e controle da Baker Hughes. Renewables for Subsea Power (RSP) é um sistema de demonstração inédito de US$ 2,4 milhões que promete fornecer energia offshore limpa e confiável para projetos marinhos. Pense em extensões brownfield para campos de petróleo e gás, desenvolvimentos greenfield de captura e armazenamento de carbono, suporte e remediação de umbilicais da costa ao fundo do mar e operação de veículos subaquáticos autônomos para monitoramento e manutenção de equipamentos submarinos. 

Cada implantação de novas tecnologias em ambientes oceânicos é um desafio. A integração de duas inovações nascidas na Escócia - o conversor de energia das ondas Mocean Energy Blue X e o sistema de bateria subaquática inteligente Halo da Verlume - na RSP mostrou que ela pode aproveitar as ondas relativamente suaves do verão em seu campo de testes a cinco quilômetros das Ilhas Orkney, na Escócia, para alimentar equipamentos submarinos. Este sucesso rendeu ao projeto uma estadia prolongada em condições de inverno mais tumultuadas, até a primavera de 2024. 

Energizando os cérebros das operações submarinas 

O piloto RSP está “alimentando o módulo de controle que informa aos equipamentos submarinos de gerenciamento de petróleo e gás o que fazer”, diz Lorna Yuill, líder do Centro de Crescimento de Projetos e Serviços Submarinos da Baker Hughes, que foi criado em meados de 2020 para desenvolver e dimensionar serviços e tecnologias de última geração para atender às crescentes necessidades dos clientes da empresa. “Com o RSP simulamos as cargas de energia necessárias e também testamos a latência das comunicações”, diz ela. “Como o cérebro do sistema submarino, é importante que o módulo de controle esteja constantemente ativo e que a energia seja consistente para fornecer velocidade confiável de comunicações.” 

Uma jangada flutuante assimétrica com dois cascos inclinados um em relação ao outro aciona um gerador enquanto mergulha sob a superfície ondulada do oceano. O conversor de energia das ondas Blue X da Mocean incorpora desenvolvimentos de design, otimização até a validação final no mar, que o tornam significativamente mais eficiente na geração de energia do que os conceitos anteriores de jangadas. 

Como a intensidade e a disponibilidade (específica do local) da ação das ondas são variáveis, um sistema de armazenamento de energia em bateria é essencial para garantir um fornecimento contínuo de eletricidade para qualquer aplicação de consumo. Halo, o premiado sistema de armazenamento e gerenciamento de energia submarina da Verlume, pode carregar de qualquer fonte (por exemplo, energia eólica ou das ondas) e descarregar simultaneamente para manter o fornecimento de energia ininterrupto. 

“Há anos de propriedade intelectual nessas tecnologias”, diz Paul Slorach, diretor de tecnologia da Verlume, e cada uma tem aplicações comerciais independentes. Cada um deles também está associado ao Net Zero Technology Centre (NZTC) da Escócia, outro parceiro do consórcio, que foi formado em 2017 com £180 milhões de financiamento do governo do Reino Unido e da Escócia para maximizar o potencial de geração de energia do Mar do Norte. 

“A Verlume já estava trabalhando com a então OGTC, agora NZTC, para levar baterias de íons de lítio para o ambiente submarino”, diz Ian Crossland, diretor comercial da Mocean, explicando as origens da RSP. A Mocean Energy entrou com uma solução de geração de energia e as duas empresas iniciaram um estudo de desktop de Fase 1 para integrar suas tecnologias com o objetivo de criar um aplicativo comercial separado de energia e comunicações. Em 2021, convidaram a Baker Hughes para fazer parceria “no lado da carga útil”, o que “acelerou o projeto em direção às demonstrações da Fase 3 e trouxe parceiros adicionais”, diz Crossland. A Baker Hughes está trazendo sua experiência como líder no projeto e fabricação de equipamentos de produção submarina, fornecendo hardware submarino, incluindo sistemas de controle, sistemas de energia e outros equipamentos auxiliares para o projeto. 

Atracação submarina permanente para um veículo de inspeção autônomo 

A Transmark Subsea, fabricante de veículos subaquáticos autônomos (AUVs), envolveu-se pela primeira vez durante a Fase 2 do projeto, que incluiu a integração onshore bem-sucedida concluída nas instalações de operações da Verlume em outubro de 2022. No teste em oceano real que começou em fevereiro de 2023, um Transmark O AUV está sendo usado para demonstrar o potencial do sistema para apoiar a observação e inspeção de equipamentos de controle e manutenção submarinos. 

Ele tem uma estação de acoplamento no sistema de bateria Halo da Verlume e o AUV foi carregado durante os primeiros quatro meses debaixo d'água, para demonstrar o fornecimento eficaz de energia limpa. 

O plano a longo prazo, diz Yuill, “é que o RSP possa apoiar a inspeção robótica subaquática e potencialmente a manutenção de sistemas submarinos, juntamente com a monitorização do ambiente marinho, como é agora exigido por vários países”. 

Slorach acrescenta: “A integração do AUV demonstra residência de longo prazo e comunicações confiáveis para esse veículo no fundo do mar”. A inspeção e manutenção robótica controlada remotamente eliminarão potencialmente os custos e as emissões das embarcações de convés que atualmente são obrigadas a transportar periodicamente técnicos para verificar e manter a funcionalidade dos ativos submarinos. 

Yuill diz que a integração de sistemas no mundo real rendeu aprendizados sobre “como o software funciona para controlar o relacionamento entre diferentes dispositivos em condições de ondas variáveis e como você pode otimizar a tradução de energia tanto para o armazenamento quanto para o equipamento”. A estreita colaboração entre as partes facilitou a iteração rápida em direção a soluções ideais. 

Volumes de aprendizados de testes do mundo real 

A bateria do projeto RSP tem capacidade de armazenamento de 50 quilowatts-hora (kWh) — “o equivalente a uma única bateria de carro elétrico”, explica Slorach, mas sua modularidade significa que o sistema pode ser facilmente dimensionado. Ele diz, “com parte do trabalho prospectivo que estamos fazendo com a Baker Hughes, estamos prevendo sistemas de até 1 megawatt-hora de armazenamento”. 

As atuais restrições de volume, no entanto, forçaram o trio de parceiros a refinar os fluxos de energia e a aproveitar ao máximo o que têm disponível. “Aprendemos a adaptar a forma como podemos tornar o sistema mais elegante e simplificado”, diz Crossland; “exportar energia apenas conforme necessário e reabastecê-la conforme necessário”. As condições do mundo real também demonstraram a necessidade de incluir previsões meteorológicas e de ondas no sistema, e de que a maquinaria do programa responda às previsões com carga e descarga mais eficientes de energia à medida que esta se torna disponível. 

A Mocean também está simultaneamente testando qual o papel que a geração solar integrada poderia desempenhar na complementação da colheita de energia do sistema. “No verão não há tanta geração de ondas”, explica Crossland, “mas estamos descobrindo que mesmo pequenos sistemas solares fixados no topo do conversor de energia das ondas podem produzir energia suficiente para abastecer o sistema de comunicações 100% do tempo. Com um sistema em escala comercial, podemos adicionar mais painéis solares para reduzir a intermitência da geração quando as condições das ondas não são tão favoráveis e manter a bateria submarina Halo carregada.” 

Slorach diz que os primeiros quatro meses do projeto renderam aprendizados relacionados não apenas à funcionalidade do sistema, mas também aos requisitos comerciais. “Com o sistema implantado e trabalhando com parceiros do projeto, e divulgando informações para a indústria, aprendemos muito sobre quais recursos são críticos para diferentes operadores no ambiente comercial.” 

Interesses internacionais unem-se ao projeto 

Em Julho deste ano, a empresa estatal de exploração e produção de petróleo da Tailândia, PTTEP, tornou-se a primeira grande empresa internacional e o terceiro produtor de energia – juntamente com a Serica Energy de nível intermédio e a empresa petrolífera independente Harbour Energy – a juntar-se ao consórcio RSP. 

Na época, Bundit Pattanasak, vice-presidente sênior de gestão de tecnologia da PTTEP, citou o compromisso da empresa de zero emissões líquidas de gases de efeito estufa de suas operações até 2050. Ele disse que uma das iniciativas da empresa “é maximizar o uso de energia renovável” em suas operações; “Podemos ver o potencial do projeto RSP” para “nos apoiar no alcance da meta de descarbonização”. 

A participação dos usuários finais permite que o projeto integre seus requisitos e feedback no desenvolvimento contínuo do sistema – conduzindo seu progresso até o lançamento comercial. 

“Ter o sistema protótipo na água por 12 meses significa dar aos nossos clientes a garantia de que ele pode lidar com diferentes condições e que podemos adaptar o sistema às suas necessidades”, explica Yuill. 

Pioneiros a identificar valor em fonte de energia remota autônoma 

Ela vê os pioneiros aplicando RSP como redundância, energia adicional para expansão de brownfields ou remediação rapidamente implantável quando os umbilicais dão errado. Umbilicais são feixes de cabos que levam energia, comunicações e outros serviços da costa, através de trincheiras submarinas, até instalações submarinas. “Eles são muito caros e exigem muito carbono para fabricar e implantar, e muitas vezes você não sabe que eles têm um problema até serem instalados”, diz Yuill. 

A energia suplementar econômica pode ser o fruto mais fácil para um RSP comercializado, mas este é um primeiro passo para demonstrar a viabilidade da electrificação a longo prazo da infra-estrutura submarina utilizando energia renovável. Yuill diz: “É uma jornada que nossos parceiros produtores de energia neste projeto estão levando conosco em direção a uma operação ideal e neutra em carbono”.